Elektroingenieure stehen oft vor dem Dilemma, die optimale Anzahl von Schichten für ein PCB-Design zu bestimmen.Ist es besser, mehr Schichten oder weniger Schichten zu verwenden?Wie entscheiden Sie über die Anzahl der Lagen einer Leiterplatte?
1.Was bedeutet PCB-Schicht?
Die Schichten einer Leiterplatte beziehen sich auf die Kupferschichten, die mit dem Substrat laminiert sind.Mit Ausnahme von einschichtigen Leiterplatten, die nur eine Kupferschicht haben, haben alle Leiterplatten mit zwei oder mehr Schichten eine gerade Anzahl von Schichten.Auf der äußersten Schicht werden die Bauteile aufgelötet, während die anderen Schichten als Verdrahtungsanschlüsse dienen.Bei einigen High-End-Leiterplatten sind jedoch auch Komponenten in die Innenschichten eingebettet.
PCBs werden zur Herstellung verschiedener elektronischer Geräte und Maschinen in verschiedenen Branchen verwendet, beispielsweise in der Unterhaltungselektronik, der Automobilindustrie, der Telekommunikation, der Luft- und Raumfahrt, dem Militär und der Medizintechnik
Branchen.Die Anzahl der Schichten und die Größe einer bestimmten Platine bestimmen die Leistung und Kapazität der Leiterplatte.Mit zunehmender Anzahl der Schichten steigt auch die Funktionalität.
2.Wie bestimmt man die Anzahl der PCB-Lagen?
Bei der Entscheidung über die geeignete Anzahl von Schichten für eine Leiterplatte ist es wichtig, die Vorteile der Verwendung mehrerer Schichten im Vergleich zu Einzel- oder Doppelschichten zu berücksichtigen.Gleichzeitig müssen auch die Vorteile der Verwendung eines einschichtigen Designs gegenüber denen eines mehrschichtigen Designs berücksichtigt werden.Diese Faktoren können aus den folgenden fünf Perspektiven bewertet werden:
2-1.Wo wird die Leiterplatte eingesetzt?
Bei der Bestimmung der Spezifikationen für eine Leiterplatte ist es wichtig, die vorgesehene Maschine oder Ausrüstung, in der die Leiterplatte verwendet wird, sowie die spezifischen Leiterplattenanforderungen für diese Ausrüstung zu berücksichtigen.Dazu gehört die Feststellung, ob die Leiterplatte in anspruchsvollen und anspruchsvollen Umgebungen verwendet wird
komplexe elektronische Produkte oder einfachere Produkte mit grundlegender Funktionalität.
2-2.Welche Arbeitsfrequenz wird für die Leiterplatte benötigt?
Beim Entwurf einer Leiterplatte muss die Frage der Arbeitsfrequenz berücksichtigt werden, da dieser Parameter die Funktionalität und Kapazität der Leiterplatte bestimmt.Für höhere Geschwindigkeit und Betriebsfähigkeit sind mehrschichtige Leiterplatten unerlässlich.
2-3. Wie hoch ist das Projektbudget?
Weitere zu berücksichtigende Faktoren sind die Herstellungskosten einzelner
und Doppelschicht-Leiterplatten im Vergleich zu Mehrschicht-Leiterplatten.Wenn Sie eine Leiterplatte mit möglichst hoher Kapazität wünschen, sind die Kosten zwangsläufig relativ hoch.
Manche Leute fragen nach dem Zusammenhang zwischen der Anzahl der Schichten in einer Leiterplatte und ihrem Preis.Generell gilt: Je mehr Schichten eine Leiterplatte hat, desto höher ist ihr Preis.Dies liegt daran, dass der Entwurf und die Herstellung einer mehrschichtigen Leiterplatte länger dauert und daher teurer ist.Die folgende Tabelle zeigt die durchschnittlichen Kosten für mehrschichtige Leiterplatten für drei verschiedene Hersteller unter den folgenden Bedingungen:
PCB-Bestellmenge: 100;
Leiterplattengröße: 400 mm x 200 mm;
Anzahl der Schichten: 2, 4, 6, 8, 10.
Die Grafik zeigt den Durchschnittspreis für Leiterplatten von drei verschiedenen Unternehmen, ohne Versandkosten.Die Kosten einer Leiterplatte können mithilfe von Websites mit Leiterplattenangeboten ermittelt werden, auf denen Sie verschiedene Parameter wie Leitertyp, Größe, Menge und Anzahl der Schichten auswählen können.Diese Tabelle bietet nur einen allgemeinen Überblick über die durchschnittlichen Leiterplattenpreise von drei Herstellern. Die Preise können je nach Anzahl der Schichten variieren.Versandkosten sind nicht inbegriffen.Effektive Rechner stehen online zur Verfügung und werden von den Herstellern selbst bereitgestellt, um Kunden dabei zu helfen, die Kosten ihrer gedruckten Schaltungen anhand verschiedener Parameter wie Leitertyp, Größe, Menge, Anzahl der Schichten, Isoliermaterialien, Dicke usw. zu bewerten.
2-4.Wie lange ist die erforderliche Lieferzeit für die Leiterplatte?
Unter Lieferzeit versteht man die Zeit, die für die Herstellung und Lieferung von Single-/Double-/Multilayer-Leiterplatten benötigt wird.Wenn Sie eine große Menge an Leiterplatten produzieren müssen, müssen Sie die Lieferzeit berücksichtigen.Die Lieferzeit für Single-/Double-/Multilayer-Leiterplatten variiert und hängt von der Größe der Leiterplattenfläche ab.Wenn Sie bereit sind, mehr Geld auszugeben, kann sich die Lieferzeit natürlich verkürzen.
2-5.Welche Dichte und Signalschicht benötigt die Leiterplatte?
Die Anzahl der Schichten in einer Leiterplatte hängt von der Pindichte und den Signalschichten ab.Beispielsweise erfordert eine Pin-Dichte von 1,0 zwei Signalschichten, und wenn die Pin-Dichte abnimmt, erhöht sich die Anzahl der erforderlichen Schichten.Wenn die Pindichte 0,2 oder weniger beträgt, sind mindestens 10 PCB-Lagen erforderlich.
3. Vorteile verschiedener PCB-Schichten – einschichtig/doppelschichtig/mehrschichtig.
3-1.Einschichtige Leiterplatte
Der Aufbau einer einschichtigen Leiterplatte ist einfach und besteht aus einer einzigen Schicht gepresster und verschweißter Schichten aus elektrisch leitfähigem Material.Die erste Schicht wird mit einer kupferkaschierten Platte abgedeckt und anschließend wird eine Lötstoppschicht aufgetragen.Das Diagramm einer einschichtigen Leiterplatte zeigt normalerweise drei farbige Streifen zur Darstellung der Schicht und ihrer beiden Deckschichten – grau für die dielektrische Schicht selbst, braun für die kupferkaschierte Platte und grün für die Lötstoppschicht.
Vorteile:
● Niedrige Herstellungskosten, insbesondere für die Produktion von Unterhaltungselektronik, die eine höhere Kosteneffizienz aufweist.
● Zusammenbau der Komponenten, Bohren, Löten und Installation sind relativ einfach und es ist weniger wahrscheinlich, dass der Produktionsprozess auf Probleme stößt.
● Wirtschaftlich und für die Massenproduktion geeignet.
●Ideale Wahl für Designs mit geringer Dichte.
Anwendungen:
● Einfache Taschenrechner verwenden einschichtige Leiterplatten.
● Radios, beispielsweise preisgünstige Radiowecker in Gemischtwarenläden, verwenden typischerweise einschichtige Leiterplatten.
● Kaffeemaschinen verwenden häufig einlagige Leiterplatten.
● Einige Haushaltsgeräte verwenden einschichtige Leiterplatten.
3-2.Doppelschichtige Leiterplatte
Doppelschichtige Leiterplatten bestehen aus zwei Kupferschichten mit einer Isolierschicht dazwischen.Auf beiden Seiten der Platine sind Bauteile untergebracht, daher spricht man auch von einer doppelseitigen Leiterplatte.Sie werden hergestellt, indem zwei Kupferschichten mit einem dielektrischen Material dazwischen verbunden werden, und jede Seite des Kupfers kann unterschiedliche elektrische Signale übertragen.Sie eignen sich für Anwendungen, die eine hohe Geschwindigkeit und eine kompakte Verpackung erfordern.
Elektrische Signale werden zwischen den beiden Kupferschichten geleitet, und das dielektrische Material zwischen ihnen verhindert, dass sich diese Signale gegenseitig stören.Die doppelschichtige Leiterplatte ist die am weitesten verbreitete und wirtschaftlichste Leiterplatte.
Doppelschichtige Leiterplatten ähneln einschichtigen Leiterplatten, verfügen jedoch über eine umgekehrt verspiegelte untere Hälfte.Bei der Verwendung von doppellagigen Leiterplatten ist die dielektrische Schicht dicker als bei einlagigen Leiterplatten.Darüber hinaus ist das Dielektrikum sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite mit Kupfer beschichtet.Darüber hinaus sind die Ober- und Unterseite der laminierten Platte mit einer Lötstoppschicht versehen.
Das Diagramm einer doppelschichtigen Leiterplatte sieht normalerweise wie ein dreischichtiges Sandwich aus, wobei eine dicke graue Schicht in der Mitte das Dielektrikum darstellt, braune Streifen auf der oberen und unteren Schicht das Kupfer und dünne grüne Streifen auf der Ober- und Unterseite stellt die Lötstoppschicht dar.
Vorteile:
● Durch das flexible Design ist es für eine Vielzahl von Geräten geeignet.
● Kostengünstige Struktur, die die Massenproduktion erleichtert.
● Einfaches Design.
● Kleine Größe, geeignet für verschiedene Geräte.
Anwendungen:
Doppelschicht-Leiterplatten eignen sich für eine Vielzahl einfacher und komplexer elektronischer Geräte.Beispiele für massenproduzierte Geräte mit doppelschichtigen Leiterplatten sind:
● HVAC-Einheiten sowie Heiz- und Kühlsysteme für Privathaushalte verschiedener Marken umfassen allesamt doppelschichtige Leiterplatten.
● Verstärker, doppelschichtige Leiterplatten sind mit Verstärkereinheiten ausgestattet, die von vielen Musikern verwendet werden.
● Drucker und verschiedene Computerperipheriegeräte sind auf doppelschichtige Leiterplatten angewiesen.
3-3.Vierschichtige Leiterplatte
Eine 4-Lagen-Leiterplatte ist eine Leiterplatte mit vier leitenden Schichten: oben, zwei inneren Schichten und unten.Die beiden inneren Schichten bilden den Kern und werden typischerweise als Stromversorgungs- oder Masseebene verwendet, während die äußeren oberen und unteren Schichten für die Platzierung von Komponenten und die Weiterleitung von Signalen verwendet werden.
Die äußeren Schichten sind normalerweise mit einer Lötstoppschicht mit freiliegenden Pads bedeckt, um Platzierungspunkte für den Anschluss von oberflächenmontierten Geräten und Durchgangslochkomponenten bereitzustellen.Durchgangslöcher werden typischerweise verwendet, um Verbindungen zwischen den vier Schichten herzustellen, die zu einer Platte laminiert werden.
Hier ist die Aufschlüsselung dieser Schichten:
- Schicht 1: Untere Schicht, meist aus Kupfer.Es dient als Grundlage der gesamten Leiterplatte und bietet Unterstützung für die anderen Schichten.
- Schicht 2: Leistungsschicht.Es wird so genannt, weil es alle Komponenten auf der Leiterplatte sauber und stabil mit Strom versorgt.
- Schicht 3: Erdungsebenenschicht, die als Erdungsquelle für alle Komponenten auf der Leiterplatte dient.
- Schicht 4: Oberste Schicht, die zur Weiterleitung von Signalen und zur Bereitstellung von Verbindungspunkten für Komponenten verwendet wird.
Bei einem 4-Lagen-PCB-Design sind 4 Kupferleiterbahnen durch 3 Lagen internes Dielektrikum getrennt und oben und unten mit Lötstopplackschichten versiegelt.Typischerweise werden die Designregeln für 4-Lagen-Leiterplatten mit 9 Leiterbahnen und 3 Farben dargestellt – Braun für Kupfer, Grau für Kern und Prepreg und Grün für Lötstopplack.
Vorteile:
● Haltbarkeit – Vierschichtige Leiterplatten sind robuster als einschichtige und zweischichtige Leiterplatten.
● Kompakte Größe – Das kleine Design der vierschichtigen Leiterplatten bietet Platz für eine Vielzahl von Geräten.
●Flexibilität – Vierschichtige Leiterplatten können in verschiedenen Arten elektronischer Geräte eingesetzt werden, darunter einfache und komplexe.
● Sicherheit – Durch die richtige Ausrichtung der Strom- und Erdungsschichten können vierschichtige Leiterplatten vor elektromagnetischen Störungen schützen.
● Geringes Gewicht – Geräte, die mit vierschichtigen Leiterplatten ausgestattet sind, erfordern weniger interne Verkabelung und sind daher in der Regel leichter.
Anwendungen:
● Satellitensysteme – Mehrschichtige Leiterplatten werden in umlaufenden Satelliten verbaut.
● Handheld-Geräte – Smartphones und Tablets sind typischerweise mit vierschichtigen Leiterplatten ausgestattet.
● Weltraumforschungsausrüstung – Mehrschichtige Leiterplatten versorgen Weltraumforschungsausrüstung mit Strom.
3-4.6 Lagen Platine
Eine 6-Lagen-Leiterplatte ist im Wesentlichen eine 4-Lagen-Platine mit zwei zusätzlichen Signalschichten zwischen den Ebenen.Ein standardmäßiger 6-Lagen-PCB-Aufbau umfasst 4 Routing-Lagen (zwei äußere und zwei innere) und 2 interne Ebenen (eine für Masse und eine für Strom).
Durch die Bereitstellung von zwei internen Schichten für Hochgeschwindigkeitssignale und zwei äußeren Schichten für langsame Signale werden EMI (elektromagnetische Interferenzen) erheblich verstärkt.EMI ist die Energie von Signalen in elektronischen Geräten, die durch Strahlung oder Induktion gestört werden.
Für den Aufbau einer 6-Lagen-Leiterplatte gibt es verschiedene Anordnungen, die Anzahl der verwendeten Leistungs-, Signal- und Erdungslagen hängt jedoch von den Anwendungsanforderungen ab.
Ein standardmäßiger 6-Lagen-PCB-Aufbau umfasst obere Schicht – Prepreg – interne Erdungsschicht – Kern – interne Routing-Schicht – Prepreg – interne Routing-Schicht – Kern – interne Leistungsschicht – Prepreg – untere Schicht.
Obwohl dies eine Standardkonfiguration ist, ist sie möglicherweise nicht für alle PCB-Designs geeignet und es kann erforderlich sein, die Schichten neu zu positionieren oder spezifischere Schichten zu verwenden.Bei der Platzierung müssen jedoch die Effizienz der Verkabelung und die Minimierung von Übersprechen berücksichtigt werden.
Vorteile:
● Festigkeit – Sechsschichtige Leiterplatten sind dicker als ihre dünneren Vorgänger und daher robuster.
● Kompaktheit – Platten mit sechs Schichten dieser Dicke haben größere technische Fähigkeiten und können weniger Breite verbrauchen.
● Hohe Kapazität – Leiterplatten mit sechs oder mehr Schichten bieten optimale Leistung für elektronische Geräte und reduzieren die Möglichkeit von Übersprechen und elektromagnetischen Störungen erheblich.
Anwendungen:
● Computer – 6-Lagen-Leiterplatten trugen dazu bei, die rasante Entwicklung von Personalcomputern voranzutreiben und sie kompakter, leichter und schneller zu machen.
● Datenspeicherung – Die hohe Kapazität von sechsschichtigen Leiterplatten hat dazu geführt, dass es im letzten Jahrzehnt immer häufiger Datenspeichergeräte gab.
● Brandmeldesysteme – Durch die Verwendung von 6 oder mehr Leiterplatten werden Alarmsysteme im Moment der Erkennung einer echten Gefahr genauer.
Wenn die Anzahl der Schichten in einer Leiterplatte über die vierte und sechste Schicht hinaus zunimmt, werden dem Stapel weitere Schichten aus leitfähigem Kupfer und Schichten aus dielektrischem Material hinzugefügt.
Beispielsweise enthält eine achtschichtige Leiterplatte vier Ebenen und vier Signalkupferschichten – insgesamt acht –, die durch sieben Reihen dielektrisches Material verbunden sind.Der achtschichtige Aufbau ist oben und unten mit dielektrischen Lötmaskenschichten versiegelt.Im Wesentlichen ähnelt der achtschichtige PCB-Aufbau dem sechsschichtigen, jedoch mit einem zusätzlichen Paar Kupfer- und Prepreg-Säulen.
Shenzhen ANKE PCB Co., LTD
17.06.2023
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 26.06.2023
